7 - CHOIX D'UN PROFIL POUR MODÈLE RÉDUIT

Nombre de REYNOLDS (Re)

Il semblerait qu'il suffise de réduire les dimensions des profils utilisés sur les meilleurs planeurs pilotés actuels (les 45 et + de finesse).
Cette formule a été souvent expérimentée avec, toujours, des résultats décevants.

En effet, intervient ici une notion créant de grosses différences entre des appareils dotés du même profil, mais ayant des dimensions et des vitesses différentes : L'écoulement de l'air, les coefficients de portance et de traînée, ne restent semblables que si le produit de la vitesse par une dimension caractéristique reste constant : V x l constant.
V = vitesse en mètres par seconde
l = profondeur de l'aile en mètres

Intervient aussi la notion de coefficient de viscosité cinématique de l'air qui est lié à sa température et à sa pression et qu'ici nous considérerons comme constant et proche de 0,000015 soit 15/1.000.000.
Symbole : g (gamma)

De ces 3 facteurs résulte le nombre dit "NOMBRE de REYNOLDS " ou Re
Re = V x l / g

Pour un planeur piloté :
V= 80 km/h soit 22 m/sec
l (profondeur de l'aile) = 1 mètre
Re = 22 x 1 / 0,000015 = 1.466.666

Pour un modèle réduit (Choucas) :
V = 5 m/sec
l = 0,135 m
Re = 5 x 0,135 / 0,000015 = 45.000

Pour un avion de transport, Re se situe vers 15.000.000.

Ceci a conduit à étudier des profils adaptés aux modèles réduits ayant de bonnes qualités pour des nombres de Reynolds faibles, et très différents des profils utilisés sur les avions ou planeurs pilotés.

Parmi ces profils spéciaux pour modèles réduits, le choix sera fait en tenant compte de la dimension du planeur et de sa vitesse souhaitée, donc de son nombre de Reynolds.
Article annexe disponible en cliquant ici. Extrait de Spirales Héraultaises n° 21, de mai 1972.

Le croquis ci-dessous (extrait de Spirales Héraultaises, lui aussi) montre que le profil auquel correspondent les deux polaires tracées a un meilleur rendement pour un nombre de Reynolds faible (portance plus élevée, traînée moindre).
Il faudra l'utiliser pour un planeur lent, donc léger. Par exemple : vitesse 4 m/seconde, corde d'aile 150 mm.

QUELQUES PROFILS À TITRE INDICATIF
Pour d'autres exemples, feuilletez la collection de "Aviation-Clap" et consultez les revues spécialisées.

LA PLAQUE CREUSE (profil sans épaisseur) donnerait de bons résultats.

Les avions de la période 1900-1910 utilisaient des profils proches de cette formule. Les ailes étaient haubanées dessus et dessous, car elles ne pouvaient avoir de solidité propre.
Formule difficilement utilisable en modèle réduit.

Les PROFILS du TYPE dit " JEDELSKY" (bien que Jedelsky n'ait pas produit que des profils de ce type) se rapprochent de le formule "plaque creuse"" et donnent de bons résultats, mais demandent une réalisation très particulière.

PROFIL PLUS CLASSIQUE SUR NOS PLANEURS, le BENEDEK 6356-b

Profil creux et mince.
Bonne résultats sur des planeurs très affinés.
Réalisation délicate (minceur).

POUR UN APPAREIL RADIOCOMMANDÉ, un profil bi-convexe dissymétrique.

POUR UN APPAREIL DU TYPE "WAKEFIELD" (appareil à moteur caoutchouc), le BENEDEK 6405 b.

Remarquer la faible épaisseur, l'extrados peu bombé, l'intrados peu creusé.

Les croquis de ce chapitre ne prétendent pas à l'exactitude mathématique.
Les profils seraient à redessiner selon leurs coordonnées exactes.

DETAILS GÉNANTS : TRAÎNÉES SECONDAIRES

La traînée dont nous avons parlé jusqu'ici est la conséquence directe et inéluctable de la portance.
On l'appelle TRAÎNÉE INDUITE.

C'est la traînée d'un profil idéal, réalisé avec une perfection absolue et faisant partie d'une aile d'envergure illimitée (aile d'allongement infini).
Ce profil apparaît soustrait aux réalités et aux difficultés de l'aviation.

Interviennent en fait des facteurs néfastes et importants sur lesquels nos qualités de modélistes trouveront matière à s'exercer.
Cee facteurs néfastes sont les TRAÎNÉES SECONDAIRES (dites aussi PARASITES)
- Traînée de surface
- Traînées marginales
- Traînée de fuselage
- etc...

TRAÎNÉE DE SURFACE

QUALITÉS DE L'ÉCOULEMENT DE L'AIR

L'air, comme tout fluide (huile, eau), a tendance à coller aux surfaces contre lesquelles il s'écoule, d'où résistance à l'avancement : TRAÎNÉE DE SURFACE.
(Nous avons déjà parlé de la viscosité de l'air).
L'écoulement sera plus facile sur les surfaces bien polies que sur les surfaces rugueuses.

D'où la nécessité d'obtenir une très bonne finition de l'état de surface (aile, stabilisateur et fuselage) : ponçage et reponçage, vernissage.
Nous ne pouvons que vous renvoyer à l'article de M. Beyer, très complet et très précis, paru dans le n° 16 de "Aviation -Clap" (mars 1969).
Pour y accéder, cliquez ici.
D'autre part, l'écoulement de l'air doit être le moins possible turbulent, le plus possible laminaire.

De quoi s'agit-il ? Expliquons-nous.
A l'avant d'une péniche ou d'une pile de pont se forme un bourrelet d'eau bien lisse (écoulement laminaire), et, à l'arrière, de nombreux remous (écoulement turbulent). Il en est de même pour l'air s'écoulant autour d'une aile ou d'un fuselage.
(Se reporter pour étude au livre du S.F.A. déjà cité : Technique Elémentaire du Vol, N° 1, pages 81 et suivantes).

L'écoulement est dit LAMINAlRE aussi longtemps qu'il reste parallèle au profil, sans turbulence, sans décollement. Dans ce cas, la portance peut atteindre son maximum et la traînée reste minime. Il est très important de conserver un écoulement laminaire dans la partie du profil développant l'essentiel de la portance, c'est-à-dire à l'avant de l'extrados.
Puis l'écoulement perd sa régularité (zone de transition) et devient turbulent. Le point où l'écoulement devient turbulent est à reculer au maximum. On y parvient par l'emploi de profils spéciaux dits "Profils Laminaires", très utilisés en vol à voile, et en respectant scrupuleusement la régularité du profil qui a été choisi.

Traînée de surface et modélisme - RESPECT DU PROFIL CHOISI

Tout d'abord reportez-vous à "Comment construire un planeur" pour les données de base :
- établissement de gabarits strictement conformes au profil choisi
- travail parfait du bloc de nervures
- positionnement correct des baguettes (surtout pas de baguette en saillie sur le profil)
- entoilage correct.

VOYONS DE PLUS QUELQUES PROCÉDÉS PARTICULIERS

Pour obtenir un bon respect du profil, il importe en premier lieu d'éviter les vallonnements qu'un entoilage simple forme entre les nervures à l'extrados, à l'avant du profil, c'est-à-dire dans la zone la plus importante.

SYSTÈME MULTI-LONGERONS
Nombreuses baguettes à l'avant de l'extrados.

Ce système semble imparfait puisqu'il fournit un profil "à facettes". Mais il est simple et efficace de fait (bon rendement aérodynamique).

COFFRAGE
C'est le meilleur système. Il est utilisé sur tous les avions et planeurs pilotés. Tout en assurant un bon respect du profil, le coffrage donne à la construction une très bonne solidité.
Le coffrage peut ne concerner que l'avant de l'extrados (cas des planeurs de modèle réduit : placage balsa 8 ou 10/10).

Le coffrage peut être d'extrados et intrados.
Cas des profils bi-convexes pour vol circulaire ou radiocommande.
Placage balsa de 10 à 20/10.

Conjugué avec la mise en place d'un cloisonnement entre les longerons principaux, le coffrage forme un CAISSON tres rigide.
Utilisation en aviation, en vol circulaire, en radiocommande.

CHAPEAUX DE NERVURES
Pour permettre un bon collage du revêtement sur la structure tout en améliorant la solidité et la rigidité, on peut compléter le coffrage par la pose de CHAPEAUX DE NERVURES.

Ce sont des lamelles minces (épaisseur égale à celle du coffrage) qui sont collées sur les nervures.
Le bord de fuite peut aussi être réalisé en coffrage comme dans le croquis ci-dessus.
Ensemble très solide, utilisé parfois sur des planeurs mais surtout en radiocommande et vol circulaire.
RÉALISATION : voir au chapitre 14 quelques procédés de construction.

Procédé particulier au modélisme : CRÉATION D'UNE PRÉ-TURBULENCE

Le fait suivant a été constaté, expérimenté, étudié en soufflerie : si le vent relatif qu'une aile aborde par son bord d'attaque est turbulent, le rendement de cette aile s'en trouve amélioré :
- le point de transition entre l'écoulement laminaire et l'écoulement turbulent est repoussé vers l'arrière,
- le décollement des filets d'air à l'extrados est retardé,
- l'angle d'incidence utile est augmenté,
- le vol peut être plus lent sans qu'il y ait décrochage.
(notez bien que ces quatre faits sont directement liés les uns aux autres).

EN CONSÉQUENCE, ON PEUT S'EFFORCER DE CRÉER UNE TURBULENCE DEVANT LE BORD D'ATTAQUE D'UNE AILE

SYSTÈME LE PLUS EFFICACE : LE FIL DE PRÉ-TURBULENCE

DIFFICULTÉS :
- La mise en place par petits supports fixés au bord d'attaque
- Détérioration fréquente à l'atterrissage.

SYSTÈME MOINS FRAGILE : LES TURBULATEURS

Le fil de pré-turbulence sera collé sur le bord d'attaque. Diamètre 8 ou 10/10 mm (corde à piano, nylon).

La position la plus favorable du fil varie selon le profil utilisé et selon le nombre de Reynolds (dimension, vitesse de vol).
Il est donc nécessaire de procéder à des essais multiples et précis pour déterminer cette position optimale du fil (excellent exercice d'étude scientifique du fait de la nécessité de travailler dans des conditions précises et régulières pour pouvoir enregistrer des observations valables).

Attention : en règle générale, la pré-turbulence ne crée pas une meilleure portance sur un appareil déjà réglé. Elle permet d'obtenir un nouveau réglage avec un angle d'incidence plus élevé, un vol plus lent.

Utilisation : les turbulateurs (ou fils de pré-turbulence) sont particulièrement recommandés sur des profils dont l'extrados est très bombé à l'avant (voir par exemple plus haut l'avant du profil E. J. 75)

Divers types de turbulateurs :
- Bande de gros papier de verre,
- Triangles de balsa mince collés sur le bord d'attaque.
- Bosse volontaire de bord d'attaque.

LE PLUS SIMPLE DES TURBULATEURS
Ne pas arrondir la baguette de bord d'attaque placée sur chant !
Beaucoup de modélistes l'avaient déjà réalisé sans le savoir.